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Radar-Raumschutzanlagen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt
und bestehen in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus Oszillator mit zumindest zwei davon
gespeisten Parallelschwingkreisen mit angekoppelter Antenne, Signal-Verstärker,
Signal-Auswerteschaltung, Stromvers orgungseinheit und Alarmgeber. Die Wirkungsweise
dieser bekannten Radar-Raumschutzanlagen beruht darauf, daß über die an den vom
Oszillator gespeisten Parallelschwingkreisen angekoppelten Antennen in dem zu schützenden
Raum ein elektromagnetisches Feld aufgebaut wird, wobei alle Gegenstände, die sich
in diesem Feld befinden, den Fußpunktwiderstand der Antennen und damit die Spannung
an den Parallelschwingkreisen sowie üblicherweise, wenn auch geringfügig, die Oszillatorspannung
beeinflussen. Bewegen sich irgendwelche Gegenstände im von den Antennen aufgebauten
elektromagnetischen Feld, so ändert sichderFußpunktwiderstand der Antennen und damit
die Spannung an den Parallelschwingkreisen und die Oszillatorspannung.
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Eine eventuelle Spannungsänderung wird aber als Indiz für die Anwesenheit
eines Eindringlings, der ja ein sich bewegendes Objekt darstellt, gewertet und zu
seiner Entdeckung ausgenutzt.
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Eine bekannte Ausführungsform einer Radar-Raumschutzanlage der eingangs
beschriebenen Art (deutsches Gebrauchsmuster 1 959 843) ist insoweit nachteilig,
als diese Radar-Raumschutzanlage einerseits für bestimmte Raumpunkte, nämlich für
solche Raumpunkte, in denen ein Gegenstand zu einer gleichen Veränderung der Fußpunktwiderstände
beider Antennen führt, praktisch unwirksam ist und andererseits durch unvermeidbare
kurzzeitige äußere Einflüsse falschen Alarm auslöst. Mit anderen Worten ausgedrückt
ist ein den zu schützenden Raum betretender Eindringling weder notwendige noch hinreichende
Voraussetzung dafür, daß ein Alarm ausgelöst wird -nicht notwendige Voraussetzung
deshalb, weil auch ein kurzzeitiger äußerer Einfluß einen Alarm auslösen kann, nicht
hinreichende Voraussetzung deshalb, weil dann kein Alarm ausgelöst wird, wenn sich
der Eindringling stets in den Raumpunkten bewegt, die eine gleiche Veränderung der
Fußpunktwiderstände beider Antennen zur Folge haben.
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Im übrigen ist eine Radar-Raumschutzanlage bekannt (schweizerische
Patentschrift 396 704), bei der die Wirkungsweise nicht, wie bei der eingangs beschriebenen
Radar-Raumschutzanlage, darauf beruht, daß über die an den vom Oszillator gespeisten
Parallelschwingkreise angekoppelten Antennen in dem zu schützenden Raum ein elektromagnetisches
Feld aufgebaut wird, wobei alle Gegenstände, die sich in diesem Feld befinden, die
Fußpunktwiderstände der Antennen beeinflussen, vielmehr ein Sender und ein Empfänger
vorgesehen sind. Bei dieser bekannten Radar-Raumschutzanlage ist im übrigen die
Signal-Auswerteschaltung als Vergleichs schaltung zum Vergleich der Ausgangsspannung
eines Signal-Verstärkers mit einer Referenzspannung ausgeführt.
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Im übrigen ist es bei Radar-Raumschutzanlagen grundsätzlich bekannt
(deutsche Auslegeschriftl 078 016 und USA.-Patentschrift 3 331 065), Maßnahmen zu
treffen, um zu verhindern, daß unvermeidbare kurzzeitige äußere Einflüsse falschen
Alarm auslösen. Die Ausgestaltung der eingangs beschriebenen Radar-Raumschutzanlage
ist dadurch jedoch nicht beeinflußt worden.
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Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde,
eine Radar-Raumschutzanlage
der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß einerseits alle Bereiche des
zu schützenden Raumes einer wirksamen Kontrolle unterliegen, daß andererseits kurzzeitige
äußere Einflüsse keinen (falschen) Alarm auslösen, mit anderen Worten, daß dann
und nur dann ein Alarm ausgelöst wird, wenn ein Eindringling den zu schützenden
Raum betritt.
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Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einer Radar-Raumschutzanlage
der eingangs beschriebenen Art dadurch, daß der Signal-Verstärker als transistorisierter,
mehrstufiger, RC-gekoppelter Differenzverstärker ausgeführt ist, dessen Gleichtakt-Gegentakt-Konversion
groß ist gegenüber der Gleichtakt-Gleichtakt-Verstärkung, und daß die Signal-Auswerteschaltung
aus einer Vergleichsschaltung zum Vergleich der Ausgangsspannung des Signal-Verstärkers
mit einer Referenzspannung und einem nachgeschalteten Zeitkreis besteht. Durch das
erste kennzeichnende Merkmal der erfindungsgemäßen Radar-Raumschutzanlage, wonach
der Signal-Verstärker als transistorisierter, mehrstufiger, RC-gekoppelter Differenzverstärker
ausgeführt ist, dessen Gleichtakt-Gegentakt-Konversion groß ist gegenüber der Gleichtakt-Gleichtakt-Verstärkung,
wird erreicht, daß das Ausgangssignal des Signal-Verstärkers näherungsweise stets
ein Gegentaktsignal ist unabhängig von der Art der Ansteuerung.
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Die Folge davon ist, daß ein Eindringling durch die erfindungsgemäße
Radar-Raumschutzanlage auch dann entdeckt wird, wenn er sich in einer Weise auf
die Antennen zu bewegt, durch die die Veränderung der Fußpunktwiderstände der Antennen
und damit die Veränderung der Spannung an den Parallelschwingkreisen gleich ist.
Mit dem ersten kennzeichnenden Merkmal der erfindungsgemäßen Radar-Raumschutzanlage
steht im Zusammenhang der erste Teil des zweiten kennzeichnenden Merkmals der erfindungsgemäßen
Radar-Raumschutzanlage, wonach die Signal-Auswerteschaltung eine Vergleichs schaltung
zum Vergleich der Ausgangsspannung des Signal-Verstärkers mit einer Referenzspannung
aufweist. Mit dem zweiten Teil des zweiten kennzeichnenden Merkmals der erfindungsgemäßen
Radar-Raumschutzanlage, wonach die Signal-Auswerteschaltung aus einer Vergleichsschaltung
und einem nachgeschalteten Zeitkreis besteht, wird erreicht, daß die erfindungsgemäße
Radar-Raumschutzanlage zwischen einer einmaligen Störung, die z. B. durch kurzzeitige
äußere Einflüsse verursacht sein kann, und der tatsächlichen Anwesenheit eines Eindringlings
unterscheidet. Diese Maßnahme dient also im wesentlichen der Verhinderung der Auslösung
eines falschen Alarms.
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Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die erfindungsgemäße
Radar-Raumschutzanlage auszugestalten und weiterzubilden. Vorzugsweise besteht die
Vergleichsschaltung zum Vergleich der Ausgangsspannung des Signal-Verstärkers mit
einer Referenzspannung aus einem Vergleichstransistor mit nachgeschaltetem astabilem
Multivibrator, wobei der Basis des Vergleichstransistors die Ausgangsspannung des
Signal-Verstärkers und dem Emitter die Referenzspannung zugeführt wird, während
der Kollektor mit dem Eingang des astabilen Multivibrators verbunden ist. Durch
diese Ausführungsform wird ein Vergleich der Ausgangsspannung des Signal-Verstärkers
und der Referenzspannung ermöglicht, ohne daß während des normalen Betriebes, d.
h. während der Zeit, in der kein Eindringling sich im geschützten Raum befindet,
der
Signal-Verstärker bzw. die Referenzspannungsquelle belastet wird. In Verbindung
mit dem von dem Vergleichstransistor angesteuerten astabilen Multivibrator ist ein
Zeitkreis vorteilhaft, der aus zwei monostabilen Multivibratoren besteht, wobei
der erste monostabile Multivibrator von dem Ausgangssignal des astabilen Multivibrators
und der zweite monostabile Multivibrator von dem Ausgangs signal des ersten monostabilen
Multivibrators angesteuert wird und wobei der Zeitkreis den Alarmgeber nur dann
betätigt, wenn sich gleichzeitig beide monostabilen Multivibratoren im metastabilen
Zustand befinden.
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Die Stromversorgungseinheit der erfindungsgemäßen Radar-Raumschutzanlage
besteht vorzugsweise aus Netzgerät mit Batterie als Notstromversorgung, wobei die
Batterie während des Netzbetriebes permanent geladen wird. Im einzelnen wird hinsichtlich
der Stromversorgungseinheit vorgeschlagen, daß diese Stromversorgungseinheit aus
einem Transformator mit Gleichrichterschaltung, nachgeschalteter Vorstabilisierung
aus Widerständen und Zenerdioden, daran anschließender Hauptstabilisierung aus einem
nichtlinearen Zweipol, der einen kleinen Gleichstromwiderstand und einen großen
Wechselstromwiderstand hat, einer Referenz-Zenerdiode, ausgangsseitigen Längstransistoren
und der Batterie als Notstromversorgung besteht, wobei die Batterie zwischen der
Vorstabilisierung und der Hauptstabilisierung angeschlossen ist.
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Besondere Bedeutung kommt einer weiteren Lehre der Erfindung zu,
wonach als Überwachungseinrichtung für die Funktionstüchtigkeit der Radar-Raumschutzanlage
ein zweiter Alarmgeber für technischen Alarm vorgesehen ist, der bei Vorliegen eines
oder mehrerer der folgenden oder weiterer Kriterien anspricht: a) Richtspannung
der Antenne hat zulässigen Wert unterschritten, b) Batteriespannung hat zulässigen
Wert unterschritten, c) Manipulation am Gehäusedeckel der Radar-Raumschutzanlage,
d) Manipulation am Gehäuse eines Schlüsselschalters, mit dem die Radar-Raumschutzanlage
in Betrieb gesetzt wird, e) Manipulation am Kabel.
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Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die genannte Überwachungseinrichtung
auf verschiedene Art und Weise zu verwirklichen. Eine besondere Ausführungsform
nach Lehre der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung
nach dem Ruhestromprinzip arbeitet.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind zusammengefaßt darin
zu sehen, daß alle Bereiche des zu schützenden Raumes zuverlässig gesichert sind
und kurzzeitige äußere Einflüsse keinen (falschen) Alarm auslösen. Mit anderen Worten
ist bei der erfindungsgemäßen Radar-Raumschutzanlage erreicht, daß dann und nur
dann ein Alarm ausgelöst wird, wenn ein Eindringling den zu schützenden Raum betritt.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigt F i g. 1 eine schematische
Darstellung einer erfindungsgemäßen Radar-Raumschutzanlage, F i g. 2 den prinzipiellen
Aufbau des zu der erfindungsgemäßen Radar-Raumschutzanlage gehörenden Signal-Verstärkers,
F
i g. 3 den prinzipiellen Aufbau einer Signal-Auswerteschaltung, die im Rahmen der
erfindungsgemäßen Radar-Raumschutzanlage Verwendung findet, F i g. 4 den Aufbau
einer Stromversorgungseinheit zum Betrieb der erfindungsgemäßen Radar-Raumschutzanlage
und F i g. 5 eine systematische Darstellung der bei der erfindungsgemäßen Radar-Raumschutzanlage
verwirklichten Überwachungseinrichtung.
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Die in der F i g. 1 schematisch dargestellte Radar-Raumschutzanlage
besteht aus dem Oszillator 1, der zwei Parallelschwingkreise 2 speist, an die jeweils
eine Antenne 3 angekoppelt ist. Die an den Parallelschwingkreisen 2 durch die Gleichrichter
4 anfallenden Richtspannungen werden dem Signal-Verstärker 5 zugeführt, dessen Ausgangssignal
auf den Eingang einer Signal-Auswerteschaltung 6 gegeben wird. Vom Ausgang der Signal-Auswerteschaltung
6 wird ein Alarmgeber 7 angesteuert. Die Stromversorgung der genannten Bauelemente
erfolgt von einer zentralen Stromversorgungseinheit 8.
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Der in der F i g. 2 dargestellte Signal-Verstärker ist als transistorisierter,
dreistufiger, RC-gekoppelter Differenzverstärker ausgeführt, wobei die Auslegung
so gewählt ist, daß die Gleichtakt-Gegentakt-Konversion groß ist gegenüber der Gleichtakt-Gleichtakt-Verstärkung.
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Beschränkt man sich auf den linearen Bereich eines Differenzverstärkers,
so kann man folgendes Gleichungssystem angeben, das den beschalteten Differenzverstärker
vollständig beschreibt: UAG = Vc UEC + VMG-UEM, UAM = VGM-UEG VM UBM.
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In diesem Gleichungssystem bedeutet: UEM = Gleichtaktkomponente der
Eingangsspannung, UEG = Gegentaktkomponente der Eingangsspannung, UAM = Gleichtaktkomponente
der Ausgangsspannung, UAG = Gegentaktkomponente der Ausgangsspannung und VG = Gegentakt-Gegentakt-Verstärkung,
VM G = Gleichtakt- Gegentakt-Konversion, VCM = Gegentakt-Gleichtakt-Konversion,
VM = Gleichtakt-Gleichtakt-Verstärkung.
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Bei einem idealen Differenzverstärker sind VMG, VOM und VM gleich
Null.
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Die in der Fig. 3 dargestellte Signal-Auswerteschaltung 6 besteht
in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einer Vergleichsschaltung 9 zum Vergleich der
Ausgangsspannung des Signal-Verstärkers 5 mit einer vorgegebenen Referenzspannung
und einem nachgeschalteten Zeitkreis 10. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist
die Vergleichs schaltung 9 aus einem Vergleichstransistor 11 und nachgeschaltetem
astabilen Multivibrator 12 aufgebaut, wobei der Basis 13 des Vergleichstransistors
11 die Ausgangsspannung des Signal-Verstärkers 5 und dem Emitter 14 die Referenzspannung
zugeführt wird, während der Kollektor 15 mit dem Eingang des astabilen Multivibrators
12 verbunden ist. Der der Vergleichs schaltung 9 nachgeschaltete Zeitkreis 10 besteht
aus zwei monostabilen Multivibratoren 16 und 17, wobei der erste monostabile
Multivibrator
16 von dem Ausgangssignal des astabilen Multivibrators 12 und der zweite monostabile
Multivibrator 17 von dem Ausgangssignal des ersten monostabilen Multivibrators 16
angesteuert wird. Die monostabilen Multivibratoren 16 und 17 steuern Schalttransistoren
18 und 19, die parallel geschaltet sind und in Reihe zu einem Alarmrelais 20 liegen.
Nur wenn beide Schalttransistoren 18 und 19 sperren, d. h., wenn beide monostabilen
Multivibratoren sich im metastabilen Zustand befinden, ist das Alarmrelais 20 stromlos,
was wegen des verwirklichten Ruhrstromprinzips Alarm bedeutet, d. h., bei abgefallenem
Alarmrelais 20 wird der Alarmgeber 7 betätigt.
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In der F i g. 4 ist die Stromversorgungseinheit 8 dargestellt, von
der alle Bauelemente zentral gespeist werden. Die Stromversorgungseinheit 8 ist
als Netzgerät 21 mit Batterie 22 als Notstromversorgung aufgebaut. Dabei ist die
Anordnung so getroffen, daß die Batterie 22 während des Netzbetriebes permanent
geladen wird. Im einzelnen besteht die Stromversorgungseinheit 8 aus einem Transformator
23 mit Gleichrichterschaltung 24, nachgeschalteter Vorstabilisierung 25 aus Widerständen
und Zenerdioden, daran anschließender Hauptstabilisierung26 aus einem nichtlinearen
Zweipol 27, der einen kleinen Gleichstromwiderstand und einen großen Wechselstromwiderstand
hat, einer Referenz-Zenerdiode 28, ausgangsseitigen Längstransistoren 29 und der
Batterie 22 als Notstromversorgung. Die Batterie 22 ist zwischen der Vorstabilisierung
25 und der Hauptstabilisierung 26 angeschlossen.
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Die Überwachungseinrichtung 32 für die Funktionstüchtigkeit der Radar-Raumschutzanlage
ist in der F i g. 5 schematisch dargestellt. Bei Vorliegen eines oder mehrerer der
folgenden Kriterien a) Richtspannung einer Antenne hat zulässigen Wert unterschritten,
b) Batteriespannung hat zulässigen Wert unterschritten, c) Manipulation am Gehäusedeckel
der Radar-Raumschutzanlage, d) Manipulation am Gehäuse eines Schlüsselschalters,
mit dem die Radar-Raumschutzanlage in Betrieb gesetzt wird, e) Manipulation am Kabel
wird ein zweites Alarmrelais 30 stromlos, wodurch ein zweiter Alarmgeber 31 betätigt
wird.
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Die grundsätzliche Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Radar-Raumschutzanlage
ist folgende: Der Oszillator 1 schwingt mit einer Frequenz f0 = 434 MHz und speist
über zwei Koaxialkabel zwei auf die gleiche Frequenz abgestimmte Parallelschwingkreise
2, an die jeweils eine Antenne 3 angekoppelt ist.
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Die Antennen 3 bauen in dem zu schützenden Raum ein elektromagnetisches
Feld auf, wodurch alle Gegenstände, die sich in diesem elektromagnetischen Feld
befinden, den Fußpunktwiderstand der Antennen3 und damit die Spannungen beeinflussen.
Bewegt sich im geschützten Raum ein Gegenstand, so ändern sich die Fußpunktwiderstände
der Antennen 3 und damit die Spannungen an den Parallelschwingkreisen 2. Die an
den Parallelschwingkreisen 2 anstehende Schwingkreisspannung wird durch die Gleichrichter
4 gleichgerichtet, und die entstehenden Richtspannungen werden über die Koaxialkabel
und den Oszillator den Eingängen des Signal-Verstärkers 5 zugeführt. Durch eine
Beschaltung
des als transistorisierter, mehrstufiger, RC-gekoppelter Differenzverstärker ausgeführten
Signal-Verstärkers 5, derart, daß dieGleichtakt-Gegentakt-Konversion groß ist gegenüber
der Gleichtakt-Gleichtakt-Verstärkung, wird erreicht, daß das Ausgangssignal des
Differenzverstärkers näherungsweise stets ein Gegentaktsignal unabhängig von der
Art der Ansteuerung ist. Die Folge davon ist, daß ein Eindringling durch die erfindungsgemäße
Radar-Raumschutzanlage auch dann entdeckt wird, wenn er sich in einer Weise auf
die beiden Antennen 3 zubewegt, durch die die Richtspannungen an den beiden Gleichrichtern
4 gleich werden.
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Das Ausgangs signal des Signal-Verstärkers 5, das also näherungsweise
stets ein Gegentaktsignal ist, wird auf den Eingang der Signal-Auswerteschaltung
6 gegeben. Unterschreitet das Ausgangs signal des Signal-Verstärkers 5 einen durch
die Referenzspannung vorgegebenen Schwellwert, so wird der Vergleichstransistorll
leitend und erteilt dem nachgeschalteten astabilen Multivibrator 12 ein Startsignal.
Der aus dem Vergleichstransistor 11 und dem nachgeschalteten astabilen Multivibrator
12 aufgebauten Vergleichsschaltung 9 ist der aus zwei monostabilen Multivibratoren
16 und 17 bestehende Zeitkreis 10 nachgeschaltet.
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Dieser Zeitkreis 10 hat die Aufgabe, zwischen einer einmaligen Störung,
die z. B. durch kurzzeitige äußere Einflüsse verursacht sein kann, und der tatsächlichen
Anwesenheit eines Eindringlings zu unterscheiden. Er dient damit im wesentlichen
der Verhinderung von falschem Alarm. Nach Ansteuerung durch den Vergleichsfransistor
11 gibt der astabile Multivibrator 12 einen Rechteckimpuls ab, durch den der erste
monostabile Multivibrator 16 zum Kippen gebracht wird.
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Der erste mono stabile Multivibrator 16 bleibt für eine Zeit T1 im
metastabilen Zustand und kippt danach in den stabilen Zustand zurück. Beim Rückkippvorgang
des ersten monostabilen Multivibrators 16 wird der zweite mono stabile Multivibrator
17 zum Kippen gebracht und bleibt für die Zeit T2 im metastabilen Zustand. Nach
dieser Zeit kehrt die gesamte Anordnung in ihre Ruhelage zurück. Da in keinem Augenblick
sich beide monostabilen Multivibratoren gleichzeitig im metastabilen Zustand befanden,
wird kein Alarm gegeben. Wird dem astabilen Multivibrator 12 vom Vergleichstransistor
11 an Stelle eines einzelnen Rechteckimpulses eine Serie von aufeinanderfolgenden
Rechteckimpulsen zugeführt, so kippt der erste monostabile Multivibrator 16 bereits
wieder in den metastabilen Zustand, wenn der zweite mono stabile Multivibrator 17
sich noch im metastabilen Zustand befindet. Es kommen also beide monostabilen Multivibratoren
16 und 17 gleichzeitig indenmetastabilenZustand, d. h., beide von den monostabilen
Multivibratoren 16 und 17 gesteuerten Schalttransistoren 18 und 19 sperren zu gleicher
Zeit und machen damit das Alarmrelais 20 stromlos, wodurch wegen der verwirklichten
Ruhestromschaltung der Alarmgeber 7 betätigt wird.
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Durch die gewählte, in der Fig. 4 dargestellte Ausführung der Stromversorgungseinheit
8 wird ein »Bereitschafts-Parallelbetrieb« gemäß VDE 0800 § 7 gewährleistet. Durch
die Vorstabilisierung 25 wird der Ladestrom der Batterie 22 bei Netzspannungsschwankungen
auf einen zulässigen Wert begrenzt. Die Diode33 verhindert bei Netzausfall eine
Entladung der Batterie über die Zenerdioden der Vorstabilisierung 25. Die Referenz-Zenerdiode
28 wird über den nichtlinearen Zweipol 27 mit nahezu konstantem Strom
gespeist,
so daß eine hochkonstante Referenzspannung zur Verfügung steht.
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Die in der F i g. 5 systematisch dargestellte Überwachungseinrichtung
32 arbeitet nach dem Ruhestromprinzip. Die Ersatzspannungsquellen 34, 35 und 36
repräsentieren die Richtspannungen der Antennen 3 und die Batteriespannung mit den
zugehörigen Innenwiderständen. Im ungestörten Fall halten diese drei Spannungen
die drei Schalttransistoren 37, 38 und 39 im leitenden Zustand. Dadurch ist der
Transistor 40 im gesperrten und der Transistor 41 im leitenden Zustand. In Reihen
mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 41 liegen ein Kontakt 42 des Gehäusedeckels
der Radar-Raumschutzanlage, ein Kontakt 43 des Gehäuses eines Schlüsselschalters,
mit dem die Radar-Raumschutzanlage in Betrieb gesetzt wird, und ein zweites Alarmrelais
30, das bei Abfall einen zweiten Alarmgeber 31 für technischen Alarm betätigt.